随著(zhe)現代電子工業的快速發(fā)展，急劇增加的各種(zhǒng)無線通信系統和高頻電子器件導緻電磁幹擾現象和電磁輻射污染問題日益突出。電磁屏蔽材料能(néng)夠通過(guò)吸收和反射的方式衰減電磁波能(néng)量以有效抑制電磁幹擾和電磁輻射污染，在保護設備正常工作和人類健康方面(miàn)發(fā)揮著(zhe)極其重要的作用。和傳統金屬基材料相比，導電聚合物複合材料用于電磁屏蔽具有輕質、易加工、耐化學(xué)腐蝕和性能(néng)可調的優勢，已被(bèi)學(xué)術界和工業界廣泛關注。另一方面(miàn)，日益複雜的應用條件使得對(duì)在外部刺激下具有方便性能(néng)調節的智能(néng)屏蔽材料的需求不斷增加。前期，研究人員報道(dào)了利用濕度實現多孔電磁屏蔽材料性能(néng)的有效調節，然而濕度很難在大氣環境中被(bèi)精确控制。
中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所高分子實驗室鄭文革研究員和沈斌副研究員團隊一直緻力于高效電磁屏蔽材料的開(kāi)發(fā)，在前期工作中設計了具有鋸齒形折疊結構的高強度柔性聚合物/石墨烯複合薄膜，并通過(guò)對(duì)鋸齒形折疊結構的拉伸或壓縮實現了複合薄膜屏蔽性能(néng)的有效調控（Carbon, 2017, 113, 55-62）。類似地，團隊也使用溶液塗覆的技術制備了具有優異彈性且具有開(kāi)孔結構的石墨烯塗層PU泡沫，并通過(guò)簡單的機械壓縮回複來改變多孔結構對(duì)電磁波的多重反射/散射衰減能(néng)力，從而實現了對(duì)泡沫材料屏蔽性能(néng)的有效調控（ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8, 8050-8057）。但是，上述複合泡沫材料的局限性在于，在性能(néng)調節過(guò)程中如果沒(méi)有外力就無法固定SE（屏蔽效能(néng)）值，因爲當去除外力時材料的機械變形將(jiāng)恢複。因此，仍然有必要探索新思路來設計并制備新型智能(néng)屏蔽材料，使其能(néng)夠在自固定機械變形下實現便捷的性能(néng)調控。
形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymer，簡稱SMP)，是指具有初始形狀的制品在一定的條件下改變其初始形狀并固定後(hòu)，通過(guò)外界條件（如熱、電、光、化學(xué)感應等）的刺激又可恢複其初始形狀的高分子材料。利用這(zhè)個優勢，該團隊提出“在三維導電碳泡沫中引入形狀記憶聚合物來實現高效泡沫電磁屏蔽材料自固定機械變形下屏蔽性能(néng)的可控調節”的新思路（圖1）。研究人員首先以天然Balsa木作爲原料，先後(hòu)通過(guò)化學(xué)處理、冷凍幹燥和碳化制備出了可壓縮的三維導電碳泡沫材料。随後(hòu)通過(guò)TPI（反式1,4-聚異戊二烯）和MXene的混合溶液包覆，得到了具備形狀記憶功能(néng)的複合泡沫電磁屏蔽材料（TPI-M/CF）。該材料在厚度～2-10mm和密度～150mg/cm3下具備25.3-44.7dB的優異屏蔽性能(néng)，而且屏蔽效能(néng)SE值可以根據不同壓縮應變在一定範圍内調節（例如當壓縮應變從0增加到30％和60％時，MXene含量爲10wt%的樣(yàng)品SE值從36.7變爲28.1dB和23.0dB）。同時，憑借TPI的形狀記憶骨架，泡沫材料可以在溫度調控（熱/電刺激）下實現壓縮形變的自固定和形狀恢複（圖2），從而實現在自固定機械變形下屏蔽性能(néng)的可控調節。基于這(zhè)一功能(néng)，我們可以實現該複合泡沫電磁屏蔽材料的屏蔽效能(néng)在有效範圍（SE＞20dB）内可調或在低效弱屏蔽（SE＜20dB）和有效強屏蔽（SE＞20dB）之間智能(néng)切換（如圖3）。相關結果已發(fā)表于國(guó)際期刊Chemical Engineering Journal, 2021, 405, 126927。
上述工作得到了甯波市科技創新2025重大專項（2018B10054）、甯波市自然科學(xué)基金（2018A610004）和國(guó)家自然科學(xué)基金（51603218）的大力資助。
圖1 自固定機械變形下屏蔽性能(néng)可調的形狀記憶複合泡沫電磁屏蔽材料
圖2 TPI-M/CF複合泡沫材料的熱/電刺激形狀記憶功能(néng)演示
圖3 TPI-M/CF複合泡沫材料的屏蔽效能(néng)在有效範圍（SE＞20dB）内可調或在低效弱屏蔽（SE＜20dB）和有效強屏蔽（SE＞20dB）之間智能(néng)切換
（高分子與複合材料實驗室 沈斌、賈錫琛）
